一種超級電容器用活性炭的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超級電容器用活性炭的制備方法；包括如下步驟：（1）使用活性炭或改性活性炭與石墨烯在分散液中實(shí)現(xiàn)共沉淀-負(fù)載，①將活性炭或改性活性炭與分散液混合攪拌后加熱至30—100℃，持續(xù)1—96小時(shí)，得活性炭分散液，②將石墨烯或石墨烯前體或石墨烯干粉與穩(wěn)定劑混合并分散至乙醇中，使石墨烯的乙醇分散液濃度為0.01—100g/L，③將所得石墨烯的乙醇分散液以0.5mL/min—500mL/min滴加至活性炭分散液中，攪拌后加熱至30—100℃，持續(xù)1—96小時(shí),得負(fù)載后漿液；（2）將負(fù)載后漿液固液分離得前驅(qū)體；（3）將前驅(qū)體在500—600℃下氣氛焙燒0.5—3小時(shí)活化，得到超級電容器用活性炭。本發(fā)明的有益效果：提高了體積比容量、抗衰減能力。
【專利說明】一種超級電容器用活性炭的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種活性炭的制備方法，尤其涉及一種超級電容器用活性炭的制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]超級電容器介于電池與普通電容器之間，具有電容器的大電流快速充放電特性，同時(shí)也有電池的儲(chǔ)能特性，并且重復(fù)使用壽命長，超級電容器在“充電-放電”過程中，實(shí)現(xiàn)電能-電場能-電能的轉(zhuǎn)換，整個(gè)過程沒有任何化學(xué)反應(yīng)，不對周邊環(huán)境造成污染，是一種理想的儲(chǔ)能器。近年來，高比表面積、高純度的活性炭作為超級電容器的電極材料倍受注目?；钚蕴坷闷涠嗫滋匦酝瓿蓛?chǔ)能，但是由于孔徑的限制，電解質(zhì)擴(kuò)散及遷移的速率不高，因此會(huì)限制超級電容器的功率密度。因此超級電容器用活性炭，必須具有大的比表面積、孔集中、高填充密度、低灰、導(dǎo)電性好以及電化學(xué)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種超級電容器用活性炭的制備方法，由本發(fā)明的方法制備的超級電容器用活性炭具有體積比容量高、抗衰減能力強(qiáng)、本身導(dǎo)電性良好等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種超級電容器用活性炭的制備方法，包括如下步驟:(1)使用活性炭或者改性活性炭與石墨烯在分散液中實(shí)現(xiàn)共沉淀-負(fù)載，具體方法為，①將活性炭或者改性活性炭與分散液以質(zhì)量比為1:7—1:20混合攪拌后加熱至301:—1001:，持續(xù)I小時(shí)一96小時(shí)，得活性炭分散液，②將石墨烯或者石墨烯前體或者石墨烯干粉與穩(wěn)定劑以質(zhì)量比為5:1—20:1混合并分散至乙醇中，使石墨烯在乙醇中的分散濃度為0.01g/L — 100g/L，得石墨烯的乙醇分散液，③將所得石墨烯的乙醇分散液以0.5mL/min—500mL/min的速度滴加至活性炭分散液中，石墨烯的乙醇分散液與活性炭分散液質(zhì)量比為6.59:1—42:1，攪拌均勻，加熱至30°C—100°C，持續(xù)I小時(shí)一96小時(shí)，得負(fù)載后漿液；(2)將負(fù)載后漿液進(jìn)行固液分離得兩種物質(zhì)，其中一種為前驅(qū)體；(3)將前驅(qū)體在500°C—600°C下氣氛焙燒0.5小時(shí)一3小時(shí)進(jìn)行活化，得到超級電容器用活性炭。
[0006]所述活性炭為椰殼或者石油焦制備。
[0007]所述改性活性炭為椰殼或者石油焦生產(chǎn)而后改性。
[0008]所述分散液為水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜中的一種或幾種。
[0009]所述石墨烯為化學(xué)氣相沉積法或者機(jī)械剝離法或者氧化還原法制備的石墨烯。
[0010]所述石墨烯單體為石墨乳、膨脹石墨、氧化石墨中的一種或幾種。
[0011]所述穩(wěn)定劑為9-蒽甲酸、苯甲酸、萘甲酸、萘乙酸中的一種或幾種。
[0012]所述石墨烯在乙醇中的分散濃度進(jìn)一步限定為0.045g/L一4.5g/L。
[0013]所述氣氛焙燒采用氣氛為氮?dú)饣蛘邭鍤?。[0014]本發(fā)明還提供一種根據(jù)上述方法制備的一種超級電容器用活性炭。
[0015]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明新型超級電容器用活性炭克服了現(xiàn)有技術(shù)制備的活性炭在超級電容器中應(yīng)用體積比容量不高、抗衰減性能差、自身導(dǎo)電能力差等方面的不足，大大提高了實(shí)用化潛力與應(yīng)用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0017]實(shí)施例1:
[0018]取5Kg椰殼活性炭放于100L反應(yīng)釜中，加入50L蒸餾水，加熱至50°C，攪拌4小時(shí)， 得活性炭的水分散液；取450g石墨烯干粉、45g9-蒽甲酸，分散于IOL乙醇中，加熱至40°C， 攪拌I小時(shí)，得石墨烯的乙醇分散液；將石墨烯的乙醇分散液以lOmL/min的速度滴加入活性炭的水分散液中，其中，石墨烯的乙醇分散液與活性炭水分散液質(zhì)量比為20: 1，攪拌；滴加完畢后，升溫至80°C，攪拌蒸餾8個(gè)小時(shí)；停止加熱、攪拌，自然降至室溫；將所得漿料固液分離，得前驅(qū)體；將前驅(qū)體在管式爐中氮?dú)夥毡Ｗo(hù)下升溫到600°C，保持一個(gè)半小時(shí)后自然冷卻得到產(chǎn)物。
[0019]采用電化學(xué)工作站進(jìn)行恒流充放電測試(0-2.7V，0.5_2A/g)進(jìn)行超級電容器用活性炭性能測試。實(shí)驗(yàn)電容器的組裝、測試是在充滿氬氣的手套箱中(H20〈1uL/L，02〈1uL/L) 進(jìn)行，使用電解液為lmol/L Et4NBF4AN ;隔膜為TF4035型紙質(zhì)隔膜；粘結(jié)劑為PTFE ;導(dǎo)電碳黑選為VXc-72r。使用實(shí)施例1所得的超級電容器用活性炭進(jìn)行測試，以實(shí)施例1所用原料椰殼活性炭作為對比，以2A/g的電流進(jìn)行恒流充放電測試，結(jié)果如下:超級電容器用活性炭的體積比容量為15.3F/cc，作為對比的椰殼活性炭體積比容量為11.3F/CC。
[0020]在2A/g的電流下進(jìn)行300次的循環(huán)充放測試。結(jié)果為:采用本發(fā)明方法制備的超級電容器用活性炭的容量保持率為98.5% ;作為對比的椰殼活性炭的容量保持率為92.3%。
[0021]通過兩組對比可以看出，經(jīng)由本發(fā)明方法制備的超級電容器用活性炭相比于所用的原料椰殼活性炭在體積比容量和抗衰減能力上均得到了改善。
[0022]實(shí)施例2:
[0023]取3.5Kg石油焦活性炭放于100L反應(yīng)釜中，加入50L乙醇，加熱至30°C，攪拌36 小時(shí)，得活性炭的乙醇分散液；取250g石墨乳、50g苯甲酸，分散于IL乙醇中，加熱至40°C 攪拌I小時(shí)，得石墨烯的乙醇分散液；將石墨烯的乙醇分散液以lmL/min的速度滴加入活性炭的乙醇分散液中，其中，石墨烯的乙醇分散液與活性炭乙醇分散液質(zhì)量比為6.59:1，攪拌；滴加完畢后，升溫至50°C，攪拌蒸餾36個(gè)小時(shí)；停止加熱、攪拌，自然降至室溫；將所得漿料固液分離，得前驅(qū)體；將前驅(qū)體在管式爐中氬氣氛保護(hù)下升溫到500°C，保持半小時(shí)后自然冷卻得到產(chǎn)物。
[0024]實(shí)施例3:
[0025]取4Kg椰殼改性活性炭放于100L反應(yīng)釜中，加入50L N-甲基吡咯烷酮，加熱至 70°C，攪拌72小時(shí)，得活性炭的N-甲基吡咯烷酮分散液；取4000g石墨烯干粉氧化石墨、 200g萘甲酸，分散于5L乙醇中，加熱至40°C，攪拌1小時(shí)， 得石墨烯的乙醇分散液；將石墨烯的乙醇分散液以100mL/min的速度滴加入活性炭的N-甲基吡咯烷酮分散液中，其中，石墨烯的乙醇分散液與活性炭N-甲基吡咯烷酮分散液質(zhì)量比為42:1，攪拌；滴加完畢后，升溫至70°C，攪拌蒸餾72個(gè)小時(shí)；停止加熱、攪拌，自然降至室溫；將所得漿料固液分離，得前驅(qū)體；將前驅(qū)體在管式爐中氮?dú)夥毡Ｗo(hù)下升溫到500°C，保持兩個(gè)小時(shí)后自然冷卻得到產(chǎn)物。
[0026]實(shí)施例4:
[0027]取2.5Kg石油焦改性活性炭放于100L反應(yīng)釜中，加入50L 二甲基亞砜，加熱至100°c，攪拌96小時(shí)，得活性炭的二甲基亞砜分散液；取4500克石墨烯、300g萘乙酸，分散于IL乙醇中，加熱至40°C，攪拌I小時(shí)，得石墨烯的乙醇分散液；控制溫度在100°C，將石墨烯的乙醇分散液以500mL/min的速度滴加入活性炭的二甲基亞砜分散液中，其中，石墨烯的乙醇分散液與活性炭二甲基亞砜分散液質(zhì)量比為33:1，攪拌；滴加完畢后，升溫至100°C，攪拌蒸餾96個(gè)小時(shí)；停止加熱、攪拌，自然降至室溫；將所得漿料固液分離，得前驅(qū)體；將前驅(qū)體在管式爐中氬氣氛保護(hù)下升溫到550°C，保持三個(gè)小時(shí)后自然冷卻得到產(chǎn)物。[0028]上述雖然對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超級電容器用活性炭的制備方法，其特征是，包括如下步驟:(1)使用活性炭或者改性活性炭與石墨烯在分散液中實(shí)現(xiàn)共沉淀-負(fù)載，具體方法為，①將活性炭或者改性活性炭與分散液以質(zhì)量比為1:7— 1:20混合攪拌后加熱至30°C — 100°C，持續(xù)I小時(shí)一 96 小時(shí)，得活性炭分散液，②將石墨烯或者石墨烯前體或者石墨烯干粉與穩(wěn)定劑以質(zhì)量比為 5:1— 20:1混合并分散至乙醇中，使石墨烯在乙醇中的分散濃度為0.01g/L — 100g/L，得石墨烯的乙醇分散液，③將所得石墨烯的乙醇分散液以0.5mL/min—500mL/min的速度滴加至活性炭分散液中，石墨烯的乙醇分散液與活性炭分散液質(zhì)量比為6.59:1— 42:1，攪拌均勻，加熱至30°C — 100°C，持續(xù)I小時(shí)一96小時(shí)，得負(fù)載后漿液；(2)將負(fù)載后漿液進(jìn)行固液分離，得前驅(qū)體；(3)將前驅(qū)體在500°C—600°C下氣氛焙燒0.5小時(shí)一3小時(shí)進(jìn)行活化， 得到超級電容器用活性炭。
2.如權(quán)利要求1所述一種超級電容器用活性炭的制備方法，其特征是，所述活性炭為椰殼或者石油焦制備。
3.如權(quán)利要求1所述一種超級電容器用活性炭的制備方法，其特征是，所述改性活性炭為椰殼或者石油焦生產(chǎn)而后改性。
4.如權(quán)利要求1所述一種超級電容器用活性炭的制備方法，其特征是，所述分散液為水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜中的一種或幾種。
5.如權(quán)利要求1所述一種超級電容器用活性炭的制備方法，其特征是，所述石墨烯為化學(xué)氣相沉積法或者機(jī)械剝離法或者氧化還原法制備的石墨烯。
6.如權(quán)利要求1所述一種超級電容器用活性炭的制備方法，其特征是，所述石墨烯前體為石墨乳、膨脹石墨、氧化石墨中的一種或幾種。
7.如權(quán)利要求1所述一種超級電容器用活性炭的制備方法，其特征是，所述穩(wěn)定劑為 9-蒽甲酸、苯甲酸、萘甲酸、萘乙酸中的一種或幾種。
8.如權(quán)利要求1所述一種超級電容器用活性炭的制備方法，其特征是，石墨烯在乙醇中的分散濃度進(jìn)一步限定為0.045g/L—4.5g/L。
9.如權(quán)利要求1所述一種超級電容器用活性炭的制備方法，其特征是，所述氣氛焙燒采用氣氛為氮?dú)饣蛘邭鍤狻?br> 10.如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的方法制備的一種超級電容器用活性炭。
【文檔編號】C01B31/08GK103523776SQ201310461552
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】張文, 景海偉, 周繼光 申請人:山東聊城魯西化工集團(tuán)有限責(zé)任公司